Dieselgate: alternativas para redução das emissões de óxidos de nitrogênio

Já sabemos que a Volkswagen tratou de enganar, sem resultado, a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (a EPA) com as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) de seus motores diesel. O “por quê?”, é uma questão que fica no ar, junto desse gás nocivo.

A normativa de emissões que a Volkswagen deveria cumprir com seus motores TDI (Turbocharged Direct Injection) era a US-EPA Tier2-Bin5. Esta determina que as emissões de NOx devem estar abaixo de 31mg/km (já tendo convertido a medida a partir das milhas usadas nos EUA). Para comparação, na Europa, a normativa Euro6 define como limite 80mg/km. Vê-se então que as tecnologias da Volkswagen tinham de poluir menos da metade nos Estados Unidos, em relação ao que teoricamente poluem na Europa (considerando que não tivessem fraudado nada na Europa também).

Mas como se reduz as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx)?

EGR (Exhaust gas recirculation). A instalação de um sistema que fizesse recircular os gases de escape, com válvula ativa para controlá-lo, é um primeiro passo. A inserção de gases de escape na alimentação de ar do motor visa a rebaixar a temperatura de combustão, uma vez que altas temperaturas e pressões, algo característico dos motores Diesel, é o que faz o nitrogênio se combinar com o oxigênio, gerando os tais NOx. A geração de NOx não beneficia em nada o desempenho do motor, e é muito prejudicial para os seres humanos. O uso de EGR reduz em grande parte as emissões de óxidos de nitrogênio, se bem que reduza eficiência e potência do motor.

A etapa seguinte à utilização de EGR é o sistema AdBlue, para os casos onde o uso de EGR não seja suficiente para limitar a geração de óxidos de nitrogênio. O sistema AdBlue adiciona ureia nos gases de escape, gerando uma reação catalítica seletiva, com a seguinte reação química:

2(NH2)2CO + 4NO + O2 → 4N2 + 4H2O + 2CO2

O que ocorre na fórmula acima é que o AdBlue (2(NH2)2CO) separa as uniões de oxigênio e nitrogênio (4NO), liberando gás nitrogênio solto (4N2). Destruído assim o óxido de nitrogênio, acaba-se o problema.

O porém do AdBlue é que requer a incorporação de elementos extras no carro (catalizador seletivo, depósito para ureia com água destilada, injetor), e também requer que o cliente busque ativamente postos de combustíveis que tenham ureia, e pague por isto a parte. Não é possível garantir que o motorista vá se interessar.

Uma alternativa ao AdBlue são catalizadores que convertem NO em NO2, e então o armazenam como nitrato em suas paredes. Quando o catalizador estiver saturado, ativa-se o modo de regeneração, que consiste de queimar combustível livremente para ativar uma reação química que decompõe estes nitratos e emite simplesmente nitrogênio e oxigênio. Isso evita o problema de logística com o motorista.

A última alternativa, além de todas estas outras, é que os fabricantes trabalhem muito cuidadosamente o mapeamento de diversas variáveis, como o ponto de injeção de combustível, a pressão de injeção e os pulsos da mesma, e a geometria do turbocompressor, para jogar com a relação de compressão efetiva do motor.

Pois bem. Perante toda esta coleção de soluções possíveis, a Volkswagen decidiu seguir o mesmo caminho que utiliza na Europa: evitar o uso do AdBlue e concentrar-se em uso intensivo de estratégias de gestão do motor, acompanhadas pela EGR e o catalizador de NOx, para tentar ficar dentro dos padrões de emissões.

Na Europa, onde o ciclo de homologação é cada vez mais posto em dúvida (o NEDC), é relativamente fácil jogar com estes parâmetros e conseguir bater o que se pede em nível de emissões. Isto pois as cargas de motor necessárias para conseguir aprovação no teste de condução europeu são muito baixas. Assim, basta que os fabricantes ajustem seus motores para emitir o mínimo possível de óxidos de nitrogênio somente quando há baixas cargas de motor (pouca aceleração), para ficar dentro do nível de emissões exigido. O que acontece quando o cliente usar o carro de verdade, de nada importa!

Nos Estados Unidos, porém, as coisas não são tão fáceis assim. O ciclo de condução empregado para certificar o motor sob as normas US-EPA Tier2-Bin5 é mais exigente, e para o azar da Volkswagen, exige além do mais reduzir praticamente à metade as emissões de óxidos de nitrogênio.

A solução para a Volkswagen Group, sem ter de recorrer a um enorme investimento econômico para atualizar o motor e integrar soluções reais ao problema estava em abrir muito menos a válvula da EGR, e jogar com todos os outros parâmetros dos seus motores. Porém, claro, isto implicava uma importante perda de potência! Isso tornaria o motor ridículo comercialmente, dando a vitória para BMW e Daimler-Chrysler. A solução encontrada pelos engenheiros foi agir tal qual na Europa: criar uma solução que faz o motor ser aprovado com louvor no teste de emissões, mas no mundo real funciona normalmente.

Mas epa, a EPA já tinha isso como proibido!!! E aí é que vem o problema todo. A situação legal nos EUA já estava desfavorável para esse tipo de burla. Na Europa a burla é meramente imoral, mas perfeitamente legal. Nos EUA, um parágrafo na legislação já proibia.

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Baseado no trabalho disponível em Pistonudos.

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